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N3-PEG-COOH，叠氮聚乙二醇羧基末端化合物，物理化学性质

中文名称：叠氮聚乙二醇羧基末端化合物

概述
N3-PEG-COOH 是一种功能化聚乙二醇（PEG）化合物，一端为叠氮基（–N3），另一端为羧基（–COOH）。PEG 链提供水溶性、柔性链和生物相容性，叠氮基和羧基末端提供了高反应活性，使其可用于点击化学（click chemistry）偶联、蛋白质修饰、药物载体功能化和纳米材料表面修饰。叠氮基可与环炔（DBCO）发生铜自由点击化学反应（SPAAC），羧基可通过酯化或活化酯与氨基形成稳定共价键。

化学组成与结构特性

PEG 主链

由重复乙二醇单元（–CH2CH2O–）组成，链长可调；

水溶性好，柔性链结构，降低非特异性吸附和免疫识别；

PEG 链长度影响水溶性、体内循环及生物分布。

末端官能团

一端为叠氮基（–N3），提供点击化学活性，可与环炔官能团高效反应形成三唑环；

另一端为羧基（–COOH），可与氨基或羟基通过酰胺键或酯键形成共价偶联；

单端功能化设计避免交联，实现精确修饰。

n 表示 PEG 重复单元数，可根据分子量需求调控；

叠氮端用于 SPAAC 点击化学，羧基端用于酰胺化或酯化偶联。

物理化学性质

高水溶性，可在 PBS、Tris 缓冲液中形成均匀溶液；

生物相容性好，低免疫原性，适合细胞和体内实验；

可通过 NMR、质谱或红外检测末端功能完整性。

N3-PEG-COOH 合成原理

N3-PEG-COOH 的合成主要通过PEG 端基活化和末端官能化完成。核心原理为：

PEG 单端活化

选择商业 PEG（HO-PEG-OH 或氨基末端 PEG），对羟基端或氨基端进行化学活化；

常用活化方法包括 tosylation、mesylation 或 NHS ester 化。

叠氮基引入

对 PEG 活化端进行亲核取代，使用叠氮化钠（NaN3）或叠氮化合物进行反应；

通过亲核取代反应在 PEG 一端引入叠氮基，生成 N3-PEG-OH 或 N3-PEG-NH2 中间体。

羧基端功能化

另一端 PEG 羟基可通过酯化（如与碳酸二亚甲基二乙酯）或氧化后羧化形成羧基；

也可通过保护基策略，先保护羟基，再偶联羧基后去保护，得到 N3-PEG-COOH。

保护基策略（可选）

为防止叠氮基或羧基副反应，可使用 Boc、Fmoc 或甲基保护羟基/氨基；

在偶联完成后去保护基，得到功能完整的 N3-PEG-COOH。

常用合成路线
路线一：N3-PEG-OH 羧基化法

起始材料

HO-PEG-OH（PEG 二醇）

叠氮化引入

PEG 末端羟基活化（如 tosylation）

使用 NaN3 进行亲核取代，引入叠氮基，生成 N3-PEG-OH

羧基引入

另一端羟基通过酯化或氧化后羧化形成 –COOH；

可使用碳酸二亚甲基二乙酯或顺丁烯二酸酐等方法

纯化

透析、凝胶过滤或沉淀纯化，去除未反应物及副产物；

干燥或冷冻干燥得到最终产物。

路线二：保护-偶联法

端基保护

对 PEG 羟基或氨基进行保护（如 Boc）

叠氮基引入

对未保护端通过活化-亲核取代引入 N3

羧基末端功能化

去保护基并进行羧基化处理

纯化

透析或柱层析纯化，得到功能完整的 N3-PEG-COOH

注意事项

反应条件

叠氮化物对热敏感，应避免高温；

PEG 链长度大时反应体系粘度高，应充分溶解并搅拌；

pH 和溶剂选择对活性和产率影响大。

保护基使用

保护基可避免副反应，但需在后续步骤完全去除；

保护基去除条件应温和，避免叠氮基降解。

纯化方法

透析、凝胶过滤或沉淀常用于去除未反应 PEG 和小分子副产物；

最终产品应避免水解、光照及高温储存。

总结

N3-PEG-COOH 是一种单端叠氮基、另一端羧基功能化的聚乙二醇化合物，其特点包括：

叠氮基端可进行 SPAAC 点击化学，高效与环炔化分子偶联；

羧基端可与氨基或羟基形成酰胺或酯键，实现稳定偶联；

PEG 链提供高水溶性、柔性结构及低免疫原性；

合成路线主要为 PEG 端活化-叠氮化-羧基化法，可通过保护基策略提高产率和选择性；

广泛应用于蛋白质修饰、药物递送、纳米材料功能化及生物传感器开发。

N3-PEG-COOH 是现代生物医药研究中不可或缺的功能性高分子工具，为多功能偶联和可控生物材料开发提供理想平台。